本文围绕回流焊润湿性能不足这一 SMT 生产常见焊接缺陷展开阐述,说明了润湿不足的焊点外观特征以及对应的产品质量风险,梳理了焊盘污染氧化、焊料杂质超标、助焊剂失效、温度曲线不合理等多方面诱发因素,结合宁波中电集创的工艺实操经验,从来料防护、物料选型、回流曲线调试几个角度介绍处置思路,为工艺人员开展缺陷分析提供参考依据。
在 SMT 回流焊批量加工过程中,润湿性能不足属于较为高频的焊接缺陷,宁波中电集创在日常工艺调试和来料验证工作中,经常会接触到这类现场问题。该类不良直观表现为熔融焊锡无法在 PCB 焊盘铜箔、贴片元器件电极表面充分铺展开来,焊料和母材之间难以形成稳固的金属反应层,严重的时候就会出现少焊、局部漏焊,焊点结合强度达不到设计标准,直接埋下虚焊的质量隐患,一旦流入下游组装环节,后期很容易出现接触不良、功能间歇性失灵等故障,增加产品返修以及报废的生产成本。
造成回流焊润湿性能不达标的诱因并不是单一的,生产现场往往是多种条件叠加之后才显现出焊接异常。PCB 焊盘表面沾染外来污染物、制程残留阻焊剂,会直接阻隔焊料和基材的接触界面;元器件电极、PCB 焊盘表面生成氧化、硫化类金属化合物,也是十分普遍的不良源头,像银镀层元件发生硫化、锡镀层表面氧化,都会大幅削弱焊锡的上锡能力,即便回流温度达标,焊料依旧很难完成铺展浸润。除了板材和元器件本体的表面状态,焊料合金内部杂质成分同样会干扰润湿效果,当焊料当中铝、锌、镉这几类杂质占比超过 0.005%,就会明显改变熔融焊锡的表面张力,抑制铺展行为;而锡膏内的助焊剂如果发生受潮,内部活化组分提前失效,去除氧化膜的能力下降,同样会带来润湿不足的现象。
面对润湿性能不足,现场不能只简单调高回流温度来尝试解决,需要建立起系统性的排查思路。首先要做好电路板与元器件焊接工作面的防护管控,来料阶段做好可焊性抽检,物料存储环境要控制温湿度,避免板材、元器件长期暴露在空气当中加速氧化,已经出现明显氧化、硫化迹象的物料不建议直接投入生产。其次需要做好焊料物料筛选,核对锡膏、焊料合金的材质规格,关注杂质指标,严格执行锡膏冷藏、回温、搅拌的作业规范,防止助焊剂受潮失活。
宁波中电集创在实际工艺实践中发现,即便来料物料全部合格,回流焊温区曲线设置不合理,依旧会诱发润湿不良。预热阶段升温斜率过快会造成助焊剂提前大量挥发,到回流区间的时候已经没有足够活性物质清除氧化层;峰值温度偏低或者回流保温时长不足,熔融焊料缺少充足反应时间,也无法生成完整金属间化合物。所以要结合板材厚度、元器件密度、锡膏厂家给出的工艺窗口,校准整套回流温度曲线。部分工况条件下,引入氮气保护焊接环境,降低炉腔内部氧含量,也能够改善焊锡的润湿表现。很多现场故障是物料、环境、工艺参数共同造成,逐项排查各个影响因素,才可以稳定把润湿不良的不良率控制在合理区间。
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